Страница 121 из 150
Точно в тех же условиях проведены опыты с несмачиваемыми водой капиллярами и получены аналогичные кривые (рис. 32). Эффект несмачивания достигается путем пропускания через капилляр 30%-ного раствора парафина в бензине под избыточным давлением газа гелия. Сопоставление несмачиваемых (рис. 32) и смачиваемых (рис. 31) капилляров показывает, что характер процесса испарения воды в обоих случаях практически одинаков (рис. 33). Несколько большая скорость испарения из несмачиваемых капилляров объясняется разницей в кривизне выпуклого и вогнутого менисков, ибо в опытах очень трудно достичь одинакового или полного (совершенного) несмачивания и смачивания. На результатах может также сказаться уменьшение свободного диаметра несмачиваемых капилляров из-за наличия тонкого слоя парафина. Таким образом, эксперименты подтверждают выводы работ [26, 30] о практически одинаковой скорости испарения жидкости из несмачиваемого и смачиваемого капилляров в среду с насыщенным паром этой жидкости, образованным плоским мениском.
Большой интерес представляют эксперименты, в которых испытываются жидкости различной плотности при неодинаковом расположении по высоте капилляра плоского парообразующего мениска. Испарение происходит в банке диаметром 120 мм и высотой 240 мм, насыщенный пар создается жидкостью, налитой в дополнительную плоскую чашу диаметром 60 мм, помещенную в банку. В одном случае уровень жидкости в чаше располагается выше верхнего края капилляра (Н положительно), в другом оба мениска находятся на одной высоте (Н = 0), в третьем чаша располагается ниже капилляра (Н отрицательно). Все остальные условия опытов прежние.
Данные, приведенные на рис. 34, относятся к воде (Н2О) и смачиваемому капилляру (для кривых а-в d = 15 мкм, для кривых г h = 0,6 мм). Пары воды легче воздуха, находящегося в банке, поэтому они из капилляра охотнее поднимаются к чаше вверх (кривые 1, Н = 85 мм), чем опускаются вниз (кривые 3, Н = -85 мм). При одинаковой высоте менисков в капилляре и чаше скорость испарения имеет промежуточные значения (кривые 2, Н = 0).
Прямо противоположная картина наблюдается у спирта, ацетона и эфира, пары которых тяжелее воздуха: они охотнее опускаются к чаше вниз, чем поднимаются вверх. Например, у спирта С2Н6О (рис. 35) при прочих равных условиях кривые 1 относятся к нижнему расположению чаши (Н = -85 мм), а кривые 3 - к верхнему (Н = 85 мм), нулевому уровню чаши отвечают кривые 2 (Н = 0). Аналогичные результаты получены для ацетона С3Н6О (рис. 36), только у него кривым г соответствует h = 2 мм.
Наконец, на рис. 37 дается сравнение скоростей испарения ацетона (кривые 1), спирта (кривые 2) и воды (кривые 3) для расположений чаши: нижнего (а), среднего (б) и верхнего (в). Наибольший интерес представляет рис. 37, г, который непосредственно определяет тепловой поток, поглощаемый при испарении жидкости из капилляра и выделяемый при ее конденсации на плоском мениске (d =15 мкм; Н = -85 мм). Именно эффекты поглощения и выделения теплоты создают фиксируемую в опыте разность температур. Приведенные опытные данные содержат все необходимое для количественной оценки эффективности процесса самофункционирования фазового вечного двигателя второго рода.
Из рис, 31-37 видно, что общий характер закономерное гей испарения из смачиваемых и несмачиваемых капилляров остается одинаковым для различных жидкостей и уровней относительного расположения капилляра и чаши с плоским мениском. Скорость испарения заметно больше у жидкостей с повышенным давлением насыщенного пара, при этом уровень плоского мениска играет меньшую роль, хотя на рис. 37, в вода при больших заглублениях мениска в капилляре начинает конкурировать со спиртом. Во всех случаях максимальная скорость испарения наблюдается в начальный момент, поэтому смачиваемые капилляры предпочтительнее несмачиваемых, ибо у первых испарение всегда происходи г на конце капилляра, где заглубление мениска равно нулю. Скорость испарения определяет паропроизводительность, а следовательно, и разность парциальных давлений пара между искривленным и плоским менисками; эта разность есть рабочее давление, под действием которого самофункционирует ПД [ТРП, стр.450-459].
4. Термофазовые ПД.
Установленные закономерности позволяют по-новому взглянуть на уравнение Томсона-Кельвина, а также рассчитать мощность фазового вечного двигателя второго рода. Становится ясно, что в среде с давлением насыщенного пара 100% , создаваемым плоским мениском, жидкость из смачиваемого капилляра с вогнутым мениском должна испаряться, а не конденсироваться, как того требует уравнение Томсона-Кельвина. Следовательно, в закрытом сверху смачиваемом жидкостью капилляре возникает точно такая же вечная макроскопическая циркуляция жидкости и пара, как и в несмачиваемом (см. рис. 30, б).
Изображенная на рис. 30, а и б непрерывная макроскопическая круговая циркуляция жидкости и пара - это и есть дозволяемый ОТ простейший вид искомого вечного двигателя второго рода. В работе [21, с.335] по этому поводу сказано: «Эта циркуляция представляет собой любопытный пример вечного в целом бездиссипативного макроскопического движения жидкости и пара в условиях, если система полностью изолирован от окружающей среды». К сожалению, очень трудно непосредственно наблюдать или тем более эффективно применить на практике эту циркуляцию. Поэтому нами были осуществлены более наглядные и удобные схемы фазовых устройств, действие которых в полном согласии с законами ОТ основано на реализации упомянутой выше разности давлений насыщенного пара над менисками жидкости неодинаковой кривизны.
Очень простой фазовый вечный двигатель второго рода (ПД-1) изображен на рис. 30, в; в нем зоны испарения 1 и конденсации 3 заметно удалены друг от друга по сравнению с рис. 30, а и б, что облегчает наблюдение и практическое использование устройства (см. авторское свидетельство № 822713 на «Источник электроэнергии» с приоритетом 9 июля 1979 г.). Замкнутый циркуляционный контур состоит из парового 2 и жидкостного 4 участков. Капиллярно-пористое тело (мембрана) 1 содержит множество смачиваемых жидкостью капилляров. Вогнутые мениски формируются под действием разности уровней Н. На поверхности менисков жидкость испаряется, парциальное давление пара над ними выше, чем над плоским мениском 3. Под действием возникшей разности парциальных давлений пар устремляется по контуру 2 к поверхности 3 и там конденсируется. Благодаря силам поверхностного натяжения в капиллярах жидкость по участку 4 подсасывается к мембране 1, круг замыкается и круговой процесс изменения состояния жидкости завершается. Подсасывание происходит, если высота ? не превышает капиллярного поднятия жидкости, которое может быть определено, например, по Лапласу, через коэффициент поверхностного натяжения и радиус кривизны мениска в капиллярах мембраны.
Процесс испарения сопровождается поглощением тепла Q на мембране 1, а конденсация - выделением тепла Q на мениске 3 (показано стрелками). В результате мембрана 1 охлаждается, а мениск 3 нагревается, между ними образуется разность температур, которая фиксируется дифференциальной термопарой. О наличии круговой циркуляции пара и жидкости судят по этой разности температур либо по вращению вертушки (турбинки), которую можно поместить на пути движения жидкости или пара.
Возникающая разность температур возрастает на порядок и более, если от схемы в перейти к схеме г, где с целью уменьшения теплообмена между зонами 1 и 3 жидкостный участок циркуляционного контура - мембраны 1, стеклянная трубка 4 и кольцевой стакан с плоским мениском 3 - заключен в герметичный сосуд из обычного или органического стекла и подвешен на электродах дифференциальной термопары со спаями 5.